瑞士苏黎世联邦理工学院--基于MXene制备的二维碳化钼2D-Mo2C作为CO2加氢的优良催化剂

早期过渡金属碳化物是很有前途的CO₂加氢催化剂。在这里，MXene家族的Mo₂CT_x制备了一种二维(2D)多层2D- Mo₂C材料。表面终止基T_x (O, OH和F)在Mo₂CT_x (500 °C，纯H₂)中还原去功能化，避免了三维碳化物结构的形成。CO₂加氢研究表明，Mo₂CT_x和2D-Mo₂C的活性和产物选择性(CO、CH₄、C₂ C₅烷烃、甲醇和二甲醚)受T_x基团表面覆盖的控制，而Tx基团的表面覆盖可由H₂预处理条件调节。2D-Mo₂C不含T_x基团，在CO₂加氢反应中表现优于Mo₂CT_x、β-Mo₂C或工业Cu-ZnO-Al₂O₃催化剂(以CO重量时间产率在430 °C和1 bar下评估)。结果表明，在CO₂加氢反应中，表面终止基的缺失驱动了Mo端碳化体表面的选择性和活性。

图1 a)由Mo₂CT_x制备2D-Mo₂C的原理图b) Mo₂CT_x的⁹⁵Mo VOCS CPMG MAS NMR谱。c) Mo₂CT_x在纯H₂中的程序升温还原。d) Mo₂CT_x还原后进行原位拉曼光谱，并在500℃下进行最终等温加热2 h。e) Mo₂CT_x还原后进行原位XRD。f) Mo 3d XPS谱图。Mo₂CT_x、2D-Mo₂C和参比β-Mo₂C的K-edge XANES谱。h) CO程序升温解吸(TPD) 2D-Mo₂C和β-Mo₂C。

图2 a) Mo₂CT_x在不同温度下H₂预处理后的本征生成速率。b)在可变H₂:CO₂比下，CO₂在430 C和1 bar与2D-Mo₂C的氢化反应。c)在约100 h的TOS (430 c, 1 bar, H2/CO₂/N₂= 3/1/1，接触时间0.2 s gcat mL 1)下2D-Mo₂C(黑色)和工业Cu-ZnO-Al₂O₃(红色)的稳定性测试。

图3 a) 2D-Mo₂C (430 °C, 1 bar)的CO₂解离研究。b) C 1s XPS区域的新鲜和使用的Mo₂CT_x和2D Mo₂C催化剂。

相关科研成果由瑞士苏黎世联邦理工学院Christoph R. Müller和Alexey Fedorov等人于2021年发表在NATURE COMMUNICATIONS（https://doi.org/10.1038/s41467-021-25784-0）上。原文：Two-dimensional molybdenum carbide 2D-Mo₂C as a superior catalyst for CO₂ hydrogenation。